[发明专利]一种基于变压器耦合的模拟信号隔离方法及隔离电路

说明书

本发明公开了一种基于变压器耦合的模拟信号隔离方法及隔离电路，是将模拟信号作为调制信号，较高频的方波信号作为载波信号，利用高频变压器作为模拟乘法器，将模拟信号与方波信号通过模拟乘法器进行时域乘积得到调幅波，再利用同步解调方法对调幅波进行解调后再进行低通滤波以还原原来的模拟信号。本发明采用变压器耦合隔离同样可以起到阻断干扰信号的传播路径的作用，不同于光电耦合模拟信号隔离电路具有温度稳定性较差的缺点，变压器耦合模拟信号隔离电路具有较佳的温度稳定性，结合信号的调制与解调，将变压器作为时域内的模拟乘法器，可以较为方便地实现模拟信号的隔离。

技术领域

本发明涉及模拟信号隔离变换应用领域，具体是一种基于变压器耦合的模拟信号隔离方法及隔离电路。

背景技术

在很多的应用场合，尤其是具有强干扰源的应用现场，模拟信号尤其是低频的模拟信号容易受到其他干扰信号如电磁信号、高频数字信号等的干扰，从而导致模拟信号在传输的过程中往往会叠加无用的各类干扰信号，导致信噪比不高，影响检测系统对模拟信号采集的精度，使得模拟信号检测系统的总体精度下降。通常情况下，通过切断干扰信号的传播路径及将相对低频的模拟信号推至高频区是去除干扰信号和提高信噪比的有效方法。目前，常用的去除干扰信号的方法有以下几种：1)单纯采用选频网络，通过对有用信号及干扰信号的频谱分析设计带通、带阻、低通及高通等滤波电路，但其实用性受到干扰信号的频率成分多样的限制，效果有限；2)采用光电耦合模拟隔离电路对模拟信号进行隔离，该方法目前应用较为广泛，但其温度稳定性相对较差；3)采用微控制器为核心，先对模拟信号进行模数转换后再对数字量进行数字光电式隔离，该种隔离方法在一些干扰强度不大的应用场合有一定的效果，但是在较强的干扰环境下，在模数转换过程中，被转换的模拟信号极有可能已经叠加了相当部分的干扰信号，造成转换后的数字量与有用的模拟信号存在着一定的失真；4)采用价格昂贵的集成模拟信号隔离芯片，其隔离效果较好，但成本高，从而制约了其应用前景。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于变压器耦合的模拟信号隔离方法及隔离电路，相比于光电耦合对模拟信号进行隔离的方法，变压器耦合隔离同样可以起到阻断干扰信号的传播路径的作用，变压器耦合模拟信号隔离电路具有较佳的温度稳定性，可以较为方便地实现模拟信号的隔离。

本发明的技术方案为：

一种基于变压器耦合的模拟信号隔离方法，将模拟信号作为调制信号，较高频的方波信号作为载波信号，利用高频变压器作为模拟乘法器，将模拟信号与方波信号通过模拟乘法器进行时域乘积得到调幅波，再利用同步解调方法对调幅波进行解调后再进行低通滤波以还原原来的模拟信号。

一种基于变压器耦合的模拟信号隔离方法，首先模拟信号经幅值变换后的单极性信号和方波载波信号进入调制器内进行调制得到调幅波；调幅波再利用解调器进行同步解调，同步解调后的调幅波经低通滤波电路进行滤波，剩下与原始模拟信号频谱相似的低频信号，最后与原始模拟信号频谱相似的低频信号通过幅值变换还原原始的模拟信号。

一种基于变压器耦合的模拟信号隔离电路，包括有幅值变换电路、调制及同步解调滤波电路和幅值逆变换电路；

所述的幅值变换电路包括有传感器接口JP1、零位调节电路、仪器放大器U1、精密运算放大器U2、电位器RG及若干电容和电阻，所述的零位调节电路连接于传感器接口JP1的IN+引脚上，传感器接口JP1的IN+引脚与仪器放大器U1的同相输入端连接，传感器接口JP1的GND引脚与仪器放大器U1的反相输入端连接，仪器放大器U1的输出端与精密运算放大器U2的同相输入端连接，精密运算放大器U2的反相输入端通过电位器RG接地，精密运算放大器U2的输出端作为幅值变换电路的输出端输出幅值变换后的单极性信号Vin1；